WO2017043218A1 - 燃焼バーナ及びこれを備えたボイラ - Google Patents

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幸洋 冨永
啓吾 松本
和宏 堂本
田中　隆一郎
直文 阿部
潤 葛西
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    • F23D2201/00—Burners adapted for particulate solid or pulverulent fuels
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2201/00—Burners adapted for particulate solid or pulverulent fuels
    • F23D2201/20—Fuel flow guiding devices

Definitions

  • the present invention relates to a combustion burner and a boiler provided with the combustion burner.
  • Patent Documents 1 and 2 below disclose a combustion burner in which a splitter shape is formed in a comb shape when the splitter is viewed from the downstream side.
  • a wet edge length is securable by making a splitter into a comb-tooth shape.
  • the splitter described in Patent Document 1 is configured to guide the pulverized coal to the outer peripheral side of the nozzle, and performs external ignition. With this, low NOx combustion cannot be realized.
  • air is injected from a splitter, and combustion within the fuel nozzle is promoted to inhibit reduction combustion, so that low NOx combustion cannot be realized.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and includes a combustion burner capable of realizing low NOx combustion by internal flame holding by increasing the wet edge length of the splitter and improving flame holding performance.
  • the purpose is to provide a boiler.
  • the combustion burner of the present invention and the boiler equipped with the same employ the following means. That is, the combustion burner according to one aspect of the present invention includes a fuel nozzle that blows a fuel gas in which fuel and air are mixed into a furnace, and a longitudinal axis at one end of the fuel nozzle at the tip side of the fuel nozzle.
  • a plurality of splitters that extend from the side toward the other wall portion facing each other and divide the fuel gas flow by a widened portion that expands in the fuel gas flow direction, and the splitter includes A slitted slit formed with a slit for partially reducing the width of the downstream end of the fuel gas flow, and disposed adjacent to the slitted splitter, and the width of the downstream end of the fuel gas flow of the widened portion is the length of the longitudinal axis. It has a slitless splitter made constant in the direction.
  • the slitless splitter has a flame holding function by forming a recirculation region downstream of the widened portion, but as a guide member that guides fuel to the adjacent slitted splitter using the inclined surface of the widened portion. It also has a function. Thereby, the internal flame holding in the splitter with a slit is further strengthened.
  • a combustion burner includes a fuel nozzle for injecting a fuel gas mixed with fuel and air into a furnace, and a longitudinal axis at one end of the fuel nozzle.
  • a plurality of splitters that extend from the section side to the opposing other wall section side and divide the fuel gas flow by a widened section that increases in width in the fuel gas flow direction, and the splitter includes the widened section
  • Each of the adjacent splitters with slits is not formed with the slit of the widened portion.
  • the wide surfaces are facing each other.
  • the slitted splitters are arranged adjacent to each other and the wide surfaces where no slits are formed are opposed to each other, the fuel guided to the wide surface of one splitter is guided downstream of the other splitter. In this way, since the fuel is guided by the adjacent wide surfaces facing each other, flame holding is strengthened in both splitters. Further, since air is not injected from the splitter, the flow of the guided fuel is not hindered.
  • the surface of the splitter with slits that forms the slit may be an inclined surface that deflects the fuel gas flow in the longitudinal axis direction.
  • the fuel gas flow is deflected in the direction of the longitudinal axis of the splitter by the inclined surface that forms the slit, so that the fuel gas flow can be disturbed also in the longitudinal axis direction, and flame holding performance can be further improved.
  • the slit can be formed three-dimensionally by each surface constituting the slit, and the flame holding performance can be improved.
  • the splitter may be arranged at a different position in the fuel gas flow direction.
  • the widened portion of the splitter is larger than when the splitter is disposed at the same position in the fuel gas flow direction.
  • the occupied area can be reduced.
  • the fuel can be guided to the recirculation region of the downstream splitter by the splitter located on the upstream side of the fuel gas flow, and the ignition or flame holding of the downstream splitter can be enhanced.
  • the upstream side is a slitless splitter and the downstream side is a slitted splitter.
  • a rectifying plate for separating the wall surface side of the fuel nozzle and the splitter may be provided at an end of the splitter in the longitudinal direction.
  • this end portion may be ignited and the external ignition may occur at the outer peripheral portion of the fuel nozzle. Since a combustion air supply nozzle and the like exist outside the fuel nozzle and there is a large amount of oxygen, a large amount of NOx is generated when external ignition occurs. Therefore, by providing a rectifying plate that separates the wall surface side of the fuel nozzle and the splitter, external ignition that is ignited at the end of the splitter can be suppressed, and internal ignition or flame holding can be further strengthened. .
  • a corner removing portion from which a corner portion is removed may be formed at a corner portion at the downstream end of the widened portion of the splitter.
  • a corner is formed at the corner at the downstream end of the widened portion of the splitter, ignition is generated starting from the corner by receiving radiation from the inner peripheral surface of the fuel nozzle, and external ignition at the outer periphery of the fuel nozzle is performed. May occur. Since a combustion air supply nozzle and the like exist outside the fuel nozzle and there is a large amount of oxygen, a large amount of NOx is generated when external ignition occurs. Therefore, ignition or flame holding is suppressed by forming a corner removal portion from which the corner portion is removed. As a corner
  • a boiler according to an aspect of the present invention includes a furnace, the combustion burner according to any one of the above provided in the furnace, a flue provided on the downstream side of the furnace, and the flue. Heat exchanger.
  • Providing a slit increases the length of the wetting edge on the front of the splitter and guides the fuel to the recirculation region formed by the adjacent splitter. Low NOx combustion by flame holding can be realized.
  • the combustion burner of this embodiment mainly burns pulverized coal fuel (fuel) obtained by pulverizing coal with a mill, and is provided in a boiler (not shown).
  • a plurality of combustion burners are provided for a boiler having heat exchange such as a superheater and an evaporator in the flue, and forms a flame in the furnace.
  • a front view of the combustion burner 1 is shown in FIG.
  • the combustion burner 1 includes a fuel nozzle 3 located on the inner side and a combustion air supply nozzle 4 surrounding the fuel nozzle 3.
  • the combustion air supply nozzle 4 is a flow path through which only secondary air flows, and supplies air so as to go straight into the furnace. That is, the air flowing out from the combustion air supply nozzle 4 flows so as not to cross the fuel gas flowing out from the fuel nozzle 3 in parallel.
  • a combustion tertiary air nozzle for supplying combustion air is provided outside the combustion air supply nozzle 4.
  • the fuel nozzle 3 has a rectangular cross section when viewed from the front, and a fuel gas in which pulverized coal and air are mixed flows inside.
  • the downstream side of the fuel gas flow is simply referred to as the downstream side
  • the upstream side of the fuel gas flow is simply referred to as the upstream side.
  • a plurality of splitters 5, 6, and 7 are provided, and in this embodiment, five splitters are provided.
  • Each of the splitters 5, 6, and 7 is provided with a longitudinal axis extending from the lower wall portion (one wall portion) 3 a side of the fuel nozzle 3 to the opposing upper wall portion (other wall portion) 3 b side.
  • each splitter 5, 6, 7 is a vertical splitter provided in the vertical direction.
  • the upper and lower ends of each of the splitters 5, 6, 7 are fixed to the wall portion of the fuel nozzle 3 by support members 8.
  • the fuel nozzle 3 is provided with a nozzle angle adjusting mechanism that can rotate in the vertical direction together with the splitters 5, 6, and 7.
  • the flow of the fuel gas is not largely deflected even if the nozzle angle is adjusted in the vertical direction.
  • the splitters 5, 6, and 7 are members having a function of dividing the fuel gas flow, and do not have a function of injecting air from the inside.
  • the splitter includes the splitters 5 and 6 with slits provided at both ends in the center and the horizontal direction, and the slitless splitter 7 provided on both sides of the splitter 5 with the center slit. In this way, the slitless splitter 7 is disposed at a position adjacent to the slitted splitters 5 and 6.
  • the splitters 5, 6, and 7 include a widened portion 10 whose width increases in the fuel gas flow direction.
  • a plate-like portion 11 extending in the vertical direction is provided on the upstream side of the widened portion 10 along the fuel gas flow direction.
  • the widened portion 10 has a substantially triangular shape when viewed in cross section as shown in FIG.
  • the widened portion 10 of the slitted splitter 5 and the slitless splitter 7 at the center spreads on both sides when viewed in cross section as shown in FIG.
  • the widened portion 10 of the slitted splitter 6 located at both ends in the horizontal direction extends toward the center side of the fuel nozzle 3, but does not extend toward the wall portion side of the fuel nozzle 3.
  • the air flowing out from the combustion air supply nozzle 4 is the fuel gas flowing between the wall surface of the fuel nozzle 3 and the slitted splitter 6. It does not deflect to the flow side. Thereby, the external ignition which arises on the outer peripheral side of the fuel nozzle 3 can be suppressed.
  • the downstream ends 5a and 6a of the slitted splitters 5 and 6 are aligned with the position of the downstream end 3c of the fuel nozzle 3, as shown in FIG.
  • the downstream end 7 a of the slitless splitter 7 is provided at a position separated by a predetermined distance S on the upstream side of the downstream ends 5 a and 6 a of the slitted splitters 5 and 6.
  • the predetermined distance S is 0.001D or more and 1.0D or less, preferably 0.03D or more and 0.5D or less, more preferably 0.05D or more and 0, where D is the equivalent circular diameter at the opening of the fuel nozzle 3. .3D or less.
  • Said lower limit and upper limit are determined from the following viewpoint.
  • the distance between the splitters 5 and 6 with slits and the splitter 7 without slits becomes too short, and the advantage of securing the channel cross-sectional area by shifting these splitters cannot be obtained.
  • the value exceeds the upper limit value the recirculation region formed by the slitless splitter 7 disappears before the splitters 5 and 6 with slits, and the recirculation region of the splitter 7 with slits from the splitters 5 and 6 with slits.
  • the advantage of guiding the fuel gas cannot be obtained.
  • the predetermined distance S may be adjusted by moving the slitless splitter 7 positioned on the upstream side in the fuel gas flow direction.
  • the width of the downstream end 7a is constant in the direction of the longitudinal axis (vertical axis) of the slitless splitter 7.
  • a plurality of slits SL for partially reducing the width of the downstream end 5a are formed in the central slitted splitter 5.
  • the center slitted splitter 5 is provided with slits SL on both sides at the same height. By these slits, the wide part W1 and the narrow part W2 are formed in the splitter 5 with slits.
  • FIG. 3 shows a specific shape of the slit SL.
  • the slit SL is formed by notching the downstream end 5a of the slitted splitter 5 in a U-shape.
  • the upper surface SL1 and the lower surface SL2 that form the slit SL are surfaces that deflect the fuel gas flow in the longitudinal axis direction of the splitter 5 (vertical direction in the present embodiment). That is, the fuel gas flow is deflected downward by the upper surface SL1, and the fuel gas flow is deflected upward by the lower surface SL2.
  • the slits 6 with slits at both ends are also formed with the same slit SL as the splitter 5 with slits at the both ends.
  • the slits SL are provided only on the central side of the fuel nozzle 3. It has been. This is because if the slit SL is provided also on the wall portion side of the fuel nozzle 3, it becomes an ignition surface and there is a risk of external ignition.
  • the slit SL is preferably provided at the center in the longitudinal direction of the splitters 5 and 6 so that ignition or flame holding is performed on the center side of the fuel nozzle 3 as much as possible, and the slit SL is not provided at the upper and lower ends.
  • L 1 in which the slit SL is provided when the length of the splitters 5 and 6 is L 0 , L 1 / L 0 is 0.8 or less, preferably 0.5 or less.
  • rectifying plates 15 for separating the splitters 5, 6, 7 and the wall of the fuel nozzle 3 are provided at the upper and lower ends of the longitudinal axes of the splitters 5, 6, 7. Yes. Therefore, the upper rectifying plate 15 separates the fuel gas flowing on the splitters 5, 6 and 7 side from the fuel gas flowing on the upper wall 3 b side of the fuel nozzle 3. Further, the lower rectifying plate 15 separates the fuel gas flowing on the splitters 5, 6 and 7 side from the fuel gas flowing on the lower wall 3 a side of the fuel nozzle 3.
  • the combustion burner 1 of the said structure there exist the following effects.
  • Increasing the wet edge length by the slitted splitters 5 and 6 provided with the slit SL improves the flame holding property.
  • the slitless splitter 7 has a flame holding function by forming a recirculation region downstream of the widened portion 10, but uses the inclined surface of the widened portion 10 to supply fuel to the adjacent slitted splitters 5, 6. It also has a function as a guiding member for guiding.
  • the internal flame holding in the splitters 5 and 6 with slits is further strengthened.
  • NOx generated in the burner flame region can be reduced by promoting reduction combustion.
  • the fuel gas flow is deflected in the direction of the longitudinal axis of the splitters 5 and 6 by the upper surface SL1 and the lower surface SL2 which are inclined surfaces forming the slit SL, the fuel gas flow can be disturbed also in the longitudinal axis direction, and further the flame holding Performance can be improved.
  • the slit SL can be three-dimensionally formed by each surface constituting the slit SL, and the flame holding performance can be improved.
  • the area occupied by the widened portion 10 of the splitter is larger than when the splitters 5, 6, and 7 are arranged at the same position in the fuel gas flow direction. Can be reduced.
  • the flow rate of the fuel gas toward the downstream side in the flow direction of the fuel gas can be brought close to the combustion speed of the fuel gas toward the upstream side. It can be ignited quickly before flowing into the flame, and the flame holding ability of the flame can be improved.
  • Fuel is guided to the recirculation region of the downstream slitted splitters 5 and 6 by the slitless splitter 7 located on the upstream side of the fuel gas flow, and the ignition or flame holding of the downstream slitted splitters 5 and 6 is strengthened. Can do.
  • the slitless splitter 7 when mainly having the function of guiding pulverized coal, it is preferable to use the slitless splitter 7.
  • the rectifying plate 15 that separates the wall surface side of the fuel nozzle 3 and the splitters 5, 6, and 7, it is possible to suppress external ignition that ignites at the upper and lower ends of the splitters 5, 6, and 7. Ignition or flame holding in can be strengthened.
  • the slitless splitter 7 is arranged on the upstream side, and the slitted splitters 5 and 6 are arranged on the downstream side. Conversely, the slitless splitter 7 is arranged on the downstream side, The splitters 5 and 6 with slits may be arranged on the upstream side. This configuration is used in the case of a fuel that is desired to be ignited early, and is ignited early by the upstream slitted splitters 5 and 6, and the slitless splitter is formed in the recirculation region formed by these splitters 5 and 6 with slits. To guide the fuel gas.
  • all the splitters may be the slitted splitters 5 and 6.
  • the slitted splitters 5 and 6 are adjacent to each other, and the wide portion W1 where the slit SL is not formed is opposed to each other, so that the fuel guided to the wide surface of one splitter is the other splitter. To the downstream side. In this way, since the fuel is guided between the adjacent wide portions W1 that are adjacent to each other, the flame holding is strengthened in both splitters.
  • tapered portion is formed by removing the corner portion of the splitter 6, and the rest is the same. Therefore, the same reference numerals are assigned to common configurations, and descriptions thereof are omitted.
  • tapered portions (corner removing portions) 20 are formed at the upper and lower corners on the center side of the fuel nozzle 3 of the splitter 6 with slits at both ends.
  • the shape of the tapered portion 20 is not limited as long as the corner portion is removed, but as shown in FIG. 6, the apex angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3 of the three surfaces forming the corner portion are removed.
  • any shape is acceptable. Therefore, it may be a flat surface such as a tapered surface, or may be composed of a curved surface.
  • two rectifying plates 15a and 15b are provided. Each of the rectifying plates 15a and 15b is provided at a height position that is symmetric from the center position in the height direction of the fuel nozzle 3, and is a plate-like body that extends in the horizontal direction.
  • the fuel nozzle 3 is ignited by receiving radiation from the inner peripheral surface side of the fuel nozzle 3 and starting from the corner portion. It is possible to suppress external ignition that occurs at the outer periphery of the.
  • the tapered portion (corner removing portion) 20 may be provided in another splitter, that is, the splitter 5 with slit or the splitter 7 without slit.
  • the number of splitters is five.
  • the present invention is not limited to this, and may be two to four or six or more.
  • the number of splitters is designed to be optimal depending on the size of the fuel nozzle.
  • the vertical splitter in which the splitters 5, 6, and 7 extend in the vertical direction has been described as an example.
  • the splitters 5, 6, and 7 can also be applied to the horizontal splitter in which the splitter extends in the horizontal direction.
  • the present invention can be applied.
  • pulverized coal was mainly demonstrated as fuel in embodiment mentioned above, it is not limited to this, This invention is applicable also to petroleum coke, a petroleum residue, and biomass fuel (solid form, slurry form). it can.

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Abstract

燃料ノズル（３）内の先端側に、長手軸線が燃料ノズル（３）の下壁部（３ａ）側から上壁部（３ｂ）側へと延在して設けられ、燃料ガス流れ方向に幅が拡大する拡幅部によって燃料ガス流れを分割する複数のスプリッタ（５），（６），（７）とを備えている。スプリッタは、拡幅部の燃料ガス流れ下流端の幅を部分的に減少させるスリット（ＳＬ）が形成されたスリット付きスプリッタ（５），（６）と、スリット付きスプリッタ（５），（６）の隣に配置され、拡幅部の燃料ガス流れの下流端の幅が長手軸線の方向に一定とされたスリット無しスプリッタ（７）と有している。

Description

燃焼バーナ及びこれを備えたボイラ
　本発明は、燃焼バーナ及びこれを備えたボイラに関するものである。
　微粉炭燃料を燃焼させる燃焼バーナとして、スプリッタと呼ばれる保炎器をバーナの燃料ノズル内の出口に複数本設置したものが知られている。そして、スプリッタの下流に再循環領域を形成し、微粉炭の燃焼を維持している。このように、燃料ノズルの中心軸状付近で着火及び保炎を行うこと（以下「内部着火」ないし「内部保炎」という。）で空気不足下での還元燃焼を行い低ＮＯｘ燃焼を実現させている。
　保炎性の向上には、保炎器の濡れ縁長さが長い方が良いが、スプリッタ本数を増やすとバーナ出口の閉塞率が高くなることでバーナ圧損が大きくなる。また、濡れ縁長さを確保するためにスプリッタ幅を小さくしてスプリッタ本数を増やしたとしても、燃料ノズルの壁部にスプリッタが近づくことになり、燃料ノズルの外周において着火が生じるおそれがある。燃料ノズルの外側には燃焼用空気供給ノズル等が存在しており酸素が多く存在するため、外部着火が生じるとＮＯｘが多く発生してしまうおそれがある。
　下記特許文献１及び２には、スプリッタを下流側から正面視した場合に、スプリッタ形状を櫛歯状に形成した燃焼バーナが開示されている。
特開昭５９－２０５５１０号公報 特開２００９－２０４２５６号公報
　各上記特許文献のように、スプリッタを櫛歯状にすることにより、濡れ縁長さを確保することができる。
　しかし、特許文献１に記載のスプリッタは、微粉炭をノズルの外周側に導くように構成されており、外部着火を行うようになっている。これでは低ＮＯｘ燃焼を実現することができない。
　特許文献２は、スプリッタから空気を噴射するようになっており、燃料ノズル内部での燃焼が促進されて還元燃焼を阻害してしまい低ＮＯｘ燃焼が実現できない。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スプリッタの濡れ縁長さを長くするとともに保炎性を向上させて内部保炎による低ＮＯｘ燃焼を実現できる燃焼バーナ及びこれを備えたボイラを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の燃焼バーナ及びこれを備えたボイラは以下の手段を採用する。
　すなわち、本発明の一態様にかかる燃焼バーナは、燃料と空気とを混合した燃料ガスを火炉内に吹き込む燃料ノズルと、該燃料ノズル内の先端側に、長手軸線が該燃料ノズルの一壁部側から対向する他壁部側へと延在して設けられ、燃料ガス流れ方向に幅が拡大する拡幅部によって燃料ガス流れを分割する複数のスプリッタとを備え、前記スプリッタは、前記拡幅部の燃料ガス流れ下流端の幅を部分的に減少させるスリットが形成されたスリット付きスプリッタと、該スリット付きスプリッタの隣に配置され、前記拡幅部の燃料ガス流れの下流端の幅が前記長手軸線の方向に一定とされたスリット無しスプリッタと有している。
　スリット付きスプリッタは、スリットが形成されているため濡れ縁長さが長くなり、保炎性が向上する。これにより、燃料ノズルの内部で保炎する内部保炎が強化される。
　スリット無しスプリッタは、拡幅部の下流に再循環領域を形成することによって保炎機能を有するが、拡幅部の傾斜面を利用して隣のスリット付きスプリッタに対して燃料を案内する案内部材としての機能も有する。これにより、スリット付きスプリッタでの内部保炎が更に強化される。
　また、本発明の他の態様にかかる燃焼バーナは、燃料と空気とを混合した燃料ガスを火炉内に吹き込む燃料ノズルと、該燃料ノズル内の先端側に、長手軸線が該燃料ノズルの一壁部側から対向する他壁部側へと延在して設けられ、燃料ガス流れ方向に幅が拡大する拡幅部によって燃料ガス流れを分割する複数のスプリッタとを備え、前記スプリッタは、前記拡幅部の燃料ガス流れ下流端の幅を部分的に減少させるスリットが形成された複数のスリット付きスプリッタを有し、隣り合う各前記スリット付きスプリッタは、それぞれの前記拡幅部の前記スリットが形成されていない幅広面が対向している。
　スリット付きスプリッタが隣り合って配置されており、スリットが形成されていない幅広面が対向しているので、一方のスプリッタの幅広面に案内された燃料が他方のスプリッタの下流側へと導かれる。このように、隣り合って対向する幅広面どうしで燃料を案内し合うので、両方のスプリッタにおいても保炎が強化されることになる。
　また、スプリッタからは空気を噴射しないので、案内された燃料の流れを妨げることがない。
　さらに、前記スリット付きスプリッタの前記スリットを形成する面が、燃料ガス流れを前記長手軸線方向に偏向させる傾斜面とされていても良い。
　スリットを形成する傾斜面によりスプリッタの長手軸線の方向に燃料ガス流れを偏向させるので、燃料ガス流れを長手軸線方向にも乱すことができ、さらに保炎性能を向上させることができる。特に、スリットを構成する各面によってスリットを３次元的に形成することができ、保炎性能を向上させることができる。
　さらに、前記スプリッタは、燃料ガス流れ方向において異なる位置に配置されていても良い。
　スプリッタを燃料ガス流れ方向において異なる位置、つまり燃料ガス流れ方向の上流側と下流側にずらして配置することにより、スプリッタを燃料ガス流れ方向の同じ位置に配置する場合に比べてスプリッタの拡幅部が占める面積を減少させることができる。これにより、燃料ガスの増速を抑えることで、燃料ガスの流れ方向の下流側に向かう燃料ガスの流速を、上流側に向かう燃料ガスの燃焼速度に近づけることができ、燃料ガスがさらに下流側へ流れる前に、早く着火させることができ、火炎の保炎性を向上させることができる。
　また、燃料ガス流れ上流側に位置するスプリッタで早期に着火を図り、下流側に位置するスプリッタで着火ないし保炎を強化することができる。
　また、燃料ガス流れ上流側に位置するスプリッタで燃料を下流側のスプリッタの再循環領域に導き、下流側のスプリッタの着火ないし保炎を強化することができる。この場合、上流側がスリット無しスプリッタで、下流側がスリット付きスプリッタであることが好ましい。
　さらに、前記スプリッタの前記長手方向における端部には、前記燃料ノズルの壁面側と前記スプリッタとを分離する整流板が設けられていても良い。
　スプリッタの長手方向における端部では、この端部が基点として着火が生じ、燃料ノズルの外周部における外部着火が発生するおそれがある。燃料ノズルの外側には燃焼用空気供給ノズル等が存在しており酸素が多く存在するため、外部着火が生じるとＮＯｘが多く発生してしまう。
　そこで、燃料ノズルの壁面側とスプリッタとを分離する整流板を設けることで、スプリッタの端部で着火する外部着火を抑制することができ、より内部での着火ないし保炎を強化することができる。
　さらに、前記スプリッタの拡幅部の下流端における隅部には、角部が除去された角除去部が形成されていても良い。
　スプリッタの拡幅部の下流端における隅部に角部が形成されていると、燃料ノズル内周面側からの輻射を受けて角部を起点として着火が生じ、燃料ノズルの外周部における外部着火が発生するおそれがある。燃料ノズルの外側には燃焼用空気供給ノズル等が存在しており酸素が多く存在するため、外部着火が生じるとＮＯｘが多く発生してしまう。
　そこで、角部を除去した角除去部を形成することとして着火ないし保炎を抑制することとした。
　角部除去部としては、例えば、角部を面取りしたテーパ部が挙げられる。
　また、本発明の一態様にかかるボイラは、火炉と、該火炉に設けられた上記のいずれかに記載の燃焼バーナと、前記火炉の下流側に設けられた煙道と、該煙道に設けられた熱交換器とを有する。
　上記の燃焼バーナを備えることにより、低ＮＯｘ燃焼を行うボイラを提供することができる。
　スリットを設けることでスプリッタ前面の濡れ縁長さを長くするとともに、隣のスプリッタが形成する再循環領域に燃料を案内することができるので、燃料ノズルの中心領域での保炎性が向上し、内部保炎による低ＮＯｘ燃焼を実現できる。
本発明の第１実施形態に係る燃料ノズルを示した正面図である。 図１の燃料ノズルを水平面で切断した断面図である。 スリット付きスプリッタを示した斜視図である。 第１実施形態の変形例を示した正面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料ノズルを示した正面図である。 図５のテーパ部を示した斜視図である。
　以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
　以下、本発明の第１実施形態について、図１～図３を用いて説明する。
　本実施形態の燃焼バーナは、主として石炭をミルで砕いた微粉炭燃料（燃料）を燃焼するものであり、ボイラ（図示せず）に設けられる。燃焼バーナは、煙道に過熱器や蒸発器等の熱交換を備えたボイラに対して複数設けられ、火炉内で火炎を形成する。
　図１には、燃焼バーナ１の正面図が示されている。燃焼バーナ１は、内側に位置する燃料ノズル３と、燃料ノズル３を取り囲む燃焼用空気供給ノズル４とを備えている。
　燃焼用空気供給ノズル４は、２次空気のみが流通する流路となっており、火炉内に向けて直進するように空気を供給する。すなわち、燃焼用空気供給ノズル４から流出する空気は、燃料ノズル３から流出する燃料ガスと平行に交差しないように流される。なお、図示しないが、燃焼用空気供給ノズル４の外側には、燃焼用空気を供給する燃焼用３次空気ノズルが設けられる。
　燃料ノズル３は、図１に示したように、正面視して矩形状の断面を有しており、内部に微粉炭と空気とが混合された燃料ガスが流される。なお、以下の各実施形態において、燃料ガス流れの下流側を単に下流側と言い、燃料ガス流れの上流側を単に上流側と言う。
　燃料ノズル３内には、スプリッタ５，６，７が複数本設けられており、本実施形態では５本設けられている。各スプリッタ５，６，７は、長手軸線が燃料ノズル３の下壁部（一壁部）３ａ側から対向する上壁部（他壁部）３ｂ側へと延在して設けられている。すなわち、各スプリッタ５、６，７が縦方向に設けられた縦スプリッタとなっている。各スプリッタ５，６，７の上下端は、それぞれ支持部材８によって、燃料ノズル３の壁部に対して固定されている。
　燃料ノズル３は、スプリッタ５，６，７とともに上下方向に回動可能とされたノズル角度調整機構を備えている。本実施形態では、縦スプリッタとされているので、上下方向にノズル角度の調整を行っても燃料ガスの流れを大きく偏向することがないので好ましい。
　なお、スプリッタ５，６，７は、燃料ガス流れを分割する機能を有する部材であり、内部から空気を噴射する機能は備えていない。
　スプリッタは、中央と水平方向における両端に設けられたスリット付きスプリッタ５，６と、中央のスリット付きスプリッタ５の両隣に設けられたスリット無しスプリッタ７とを備えている。このように、スリット付きスプリッタ５，６と隣り合う位置にスリット無しスプリッタ７が配置されている。
　スプリッタ５、６，７は、図２に示されているように、燃料ガス流れ方向に幅が拡大する拡幅部１０を備えている。また、拡幅部１０の上流側には上下方向に延在する板状部１１が燃料ガス流れ方向に沿って設けられている。
　拡幅部１０は、図２のように断面視した場合に略三角形状となっている。中央のスリット付きスプリッタ５とスリット無しスプリッタ７の拡幅部１０は、図２のように断面視した場合に両側に広がっている。一方、水平方向における両端に位置するスリット付きスプリッタ６の拡幅部１０は、燃料ノズル３の中央側に向けて広がっているが、燃料ノズル３の壁部側には広がっていない。このように両側に位置するスリット付きスプリッタ６の下流側を直線状とすることで、燃料ノズル３の壁面とスリット付きスプリッタ６との間を流れる燃料ガスを燃焼用空気供給ノズル４から流出する空気流側に偏向しないようにしている。これにより、燃料ノズル３の外周側で生じる外部着火を抑制することができる。
　スリット付きスプリッタ５，６の下流端５ａ，６ａは、図２に示されているように、燃料ノズル３の下流端３ｃ位置に揃えられている。スリット無しスプリッタ７の下流端７ａは、スリット付きスプリッタ５，６の下流端５ａ，６ａよりも上流側に所定距離Ｓだけ離間した位置に設けられている。
　ここで、所定距離Ｓは、燃料ノズル３の開口における等価円径をＤとすると、０．００１Ｄ以上１．０Ｄ以下、好ましくは０．０３Ｄ以上０．５Ｄ以下、さらに好ましくは０．０５Ｄ以上０．３Ｄ以下とされる。
　上記の下限値および上限値は、次の観点から決定される。下限値を下回ると、スリット付きスプリッタ５，６とスリット無しスプリッタ７との距離が近くなりすぎて、これらスプリッタをずらして流路断面積を確保した利点が得られない。一方、上限値を上回ると、スリット無しスプリッタ７によって形成された再循環領域がスリット付きスプリッタ５，６の手前で消滅してしまい、スリット無しスプリッタ７の再循環領域にスリット付きスプリッタ５，６から燃料ガスを案内するという利点が得られない。
　なお、図２の矢印Ａに示すように、上流側に位置するスリット無しスプリッタ７を燃料ガス流れ方向に移動させて所定距離Ｓを調整するようにしてもよい。
　図１に示されているように、スリット無しスプリッタ７は、下流端７ａの幅がスリット無しスプリッタ７の長手軸線（縦方向軸線）の方向に一定とされている。一方、中央のスリット付きスプリッタ５には、下流端５ａの幅を部分的に減少させる複数のスリットＳＬが形成されている。中央のスリット付きスプリッタ５には、両側部にスリットＳＬが同じ高さ位置で設けられている。これらスリットにより、スリット付きスプリッタ５には、幅広部Ｗ１と幅狭部Ｗ２が形成されることになる。
　図３には、スリットＳＬの具体的な形状が示されている。スリットＳＬは、スリット付きスプリッタ５の下流端５ａをコの字状に切り欠いている。さらに、スリットＳＬを形成する上面ＳＬ１及び下面ＳＬ２は、燃料ガス流れをスプリッタ５の長手軸線方向（本実施形態では上下方向）に偏向させる面とされている。すなわち、上面ＳＬ１によって燃料ガス流れは下方向に偏向され、下面ＳＬ２によって燃料ガス流れは上方向に偏向される。
　図１に示されているように、両端のスリット付きスプリッタ６にも中央のスリット付きスプリッタ５と同様のスリットＳＬが形成されているが、燃料ノズル３の中央側の辺にのみスリットＳＬが設けられている。これは、燃料ノズル３の壁部側にもスリットＳＬを設けると、そこが着火面となり外部着火のおそれがあるからである。
　スリットＳＬは、なるべく燃料ノズル３の中央側で着火ないし保炎が行われるように、スプリッタ５，６の長手方向における中央部に設け、上下の両端部にはスリットＳＬを設けないことが好ましい。
　スリットＳＬを設ける範囲Ｌ１としては、スプリッタ５，６の長さをＬ０とした場合、Ｌ１／Ｌ０が０．８以下、好ましくは０．５以下とされる。
　図１に示されているように、スプリッタ５，６，７の長手軸線の上下端には、これらスプリッタ５，６，７と燃料ノズル３の壁部とを分離する整流板１５が設けられている。したがって、上側の整流板１５によって、スプリッタ５，６，７側を流れる燃料ガスと、燃料ノズル３の上壁部３ｂ側を流れる燃料ガスとが分離される。また、下側の整流板１５によって、スプリッタ５，６，７側を流れる燃料ガスと、燃料ノズル３の下壁部３ａ側を流れる燃料ガスとが分離される。
　上記構成の燃焼バーナ１によれば、以下の作用効果を奏する。
　スリットＳＬを設けたスリット付きスプリッタ５，６によって濡れ縁長さを長くすることで、保炎性が向上する。これにより、燃料ノズル３の内部で保炎する内部保炎が強化される。スリット無しスプリッタ７は、拡幅部１０の下流に再循環領域を形成することによって保炎機能を有するが、拡幅部１０の傾斜面を利用して隣のスリット付きスプリッタ５，６に対して燃料を案内する案内部材としての機能も有する。これにより、スリット付きスプリッタ５，６での内部保炎が更に強化される。このように、スリット付きスプリッタ５，６とスリット無しスプリッタ７との組合せで内部保炎を強化することにより、還元燃焼を促進することでバーナ火炎領域で発生するＮＯｘを低減することができる。
　スリットＳＬを形成する傾斜面となる上面ＳＬ１及び下面ＳＬ２によりスプリッタ５，６の長手軸線の方向に燃料ガス流れを偏向させるので、燃料ガス流れを長手軸線方向にも乱すことができ、さらに保炎性能を向上させることができる。特に、スリットＳＬを構成する各面によってスリットＳＬを３次元的に形成することができ、保炎性能を向上させることができる。
　スプリッタ５，６，７を燃料ガス流れ方向において異なる位置に配置することにより、スプリッタ５，６，７を燃料ガス流れ方向の同じ位置に配置する場合に比べてスプリッタの拡幅部１０が占める面積を減少させることができる。これにより、燃料ガスの増速を抑えることで、燃料ガスの流れ方向の下流側に向かう燃料ガスの流速を、上流側に向かう燃料ガスの燃焼速度に近づけることができ、燃料ガスがさらに下流側へ流れる前に、早く着火させることができ、火炎の保炎性を向上させることができる。
　燃料ガス流れ上流側に位置するスリット無しスプリッタ７で燃料を下流側のスリット付きスプリッタ５，６の再循環領域に案内し、下流側のスリット付きスプリッタ５，６の着火ないし保炎を強化することができる。このように、微粉炭を案内する機能を主とする場合にはスリット無しスプリッタ７を用いるのが好ましい。
　燃料ノズル３の壁面側とスプリッタ５，６，７とを分離する整流板１５を設けることで、スプリッタ５，６，７の上下の端部で着火する外部着火を抑制することができ、より内部での着火ないし保炎を強化することができる。
　なお、本実施形態では、スリット無しスプリッタ７を上流側に配置し、スリット付きスプリッタ５，６を下流側に配置することとしたが、この逆、すなわちスリット無しスプリッタ７を下流側に配置し、スリット付きスプリッタ５，６を上流側に配置することとしてもよい。この構成は、早期に着火を図りたい燃料の場合に用いられ、上流側のスリット付きスプリッタ５，６によって早期着火を図り、これらスリット付きスプリッタ５，６で形成された再循環領域にスリット無しスプリッタによって燃料ガスを案内するようにする。
　また、図４に示すように、全てのスプリッタをスリット付きスプリッタ５，６としてもよい。このように配置すると、スリット付きスプリッタ５，６が隣り合っており、スリットＳＬが形成されていない幅広部Ｗ１が対向しているので、一方のスプリッタの幅広面に案内された燃料が他方のスプリッタの下流側へと導かれる。このように、隣り合って対向する幅広部Ｗ１どうしで燃料を案内し合うので、両方のスプリッタにおいても保炎が強化されることになる。
［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について、図５及び図６を用いて説明する。
　本実施形態は、第１実施形態に対して、スプリッタ６の角部を除去したテーパ部が形成されている点で相違し、それ以外については同様である。したがって、共通する構成については同一符号を付しその説明を省略する。
　図５に示されているように、両端のスリット付きスプリッタ６の燃料ノズル３の中央部側の上下の隅部には、テーパ部（角除去部）２０が形成されている。
　テーパ部２０は、角部が除去されていればその形状は問わないが、図６に示すように、角部を形成する３面のそれぞれの頂角θ１，θ２，θ３が除去されるような形状であればよい。したがって、テーパ面のような平面であっても良いし、曲面で構成されていてもよい。
　本実施形態では、第１実施形態と異なり、整流板１５ａ，１５ｂが２つ設けられている。各整流板１５ａ，１５ｂは、燃料ノズル３の高さ方向の中央位置から対称とされた高さ位置に設けられており、水平方向に延在する板状体とされている。
　本実施形態によれば、角部を除去したテーパ部２０を形成することとしたので、燃料ノズル３の内周面側からの輻射を受けて角部を起点とする着火が生じ、燃料ノズル３の外周部で発生する外部着火を抑制することができる。
　なお、テーパ部（角除去部）２０は、他のスプリッタ、すなわち中央のスリット付きスプリッタ５やスリット無しスプリッタ７に設けることとしても良い。
　なお、上述した実施形態では、スプリッタの本数を５本としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、２～４本であっても、６本以上であっても良い。スプリッタの本数は燃料ノズルの寸法により最適となるよう設計される。
　また、上述した各実施形態では、スプリッタ５，６，７が上下方向に延在する縦スプリッタを一例として説明したが、スプリッタ５，６，７が水平方向に延在する横スプリッタに対しても本発明を適用できる。
　また、上述した実施形態では、燃料として微粉炭を主に説明したが、これに限定されず、石油コークス、石油残渣物、バイオマス燃料（固形状，スラリ状）についても本発明を適用することができる。
１　燃焼バーナ
３　燃料ノズル
４　燃焼用空気供給ノズル
５　スリット付きスプリッタ
６　スリット付きスプリッタ
７　スリット無しスプリッタ
１０　拡幅部
１５　整流板
２０　テーパ部（角除去部）

Claims (7)

  1. 　燃料と空気とを混合した燃料ガスを火炉内に吹き込む燃料ノズルと、
    　該燃料ノズル内の先端側に、長手軸線が該燃料ノズルの一壁部側から対向する他壁部側へと延在して設けられ、燃料ガス流れ方向に幅が拡大する拡幅部によって燃料ガス流れを分割する複数のスプリッタと、
    を備え、
    　前記スプリッタは、前記拡幅部の燃料ガス流れ下流端の幅を部分的に減少させるスリットが形成されたスリット付きスプリッタと、該スリット付きスプリッタの隣に配置され、前記拡幅部の燃料ガス流れの下流端の幅が前記長手軸線の方向に一定とされたスリット無しスプリッタと有している燃焼バーナ。
  2. 　燃料と空気とを混合した燃料ガスを火炉内に吹き込む燃料ノズルと、
    　該燃料ノズル内の先端側に、長手軸線が該燃料ノズルの一壁部側から対向する他壁部側へと延在して設けられ、燃料ガス流れ方向に幅が拡大する拡幅部によって燃料ガス流れを分割する複数のスプリッタと、
    を備え、
    　前記スプリッタは、前記拡幅部の燃料ガス流れ下流端の幅を部分的に減少させるスリットが形成された複数のスリット付きスプリッタを有し、
    　隣り合う各前記スリット付きスプリッタは、それぞれの前記拡幅部の前記スリットが形成されていない幅広面が対向している燃焼バーナ。
  3. 　前記スリット付きスプリッタの前記スリットを形成する面が、燃料ガス流れを前記長手軸線の方向に偏向させる傾斜面とされている請求項１又は２に記載の燃焼バーナ。
  4. 　前記スプリッタは、燃料ガス流れ方向において異なる位置に配置されている請求項１から３のいずれかに記載の燃焼バーナ。
  5. 　前記スプリッタの前記長手方向における端部には、前記燃料ノズルの壁面側と前記スプリッタとを分離する整流板が設けられている請求項１から４のいずれかに記載の燃焼バーナ。
  6. 　前記スプリッタの拡幅部の下流端における隅部には、角部が除去された角除去部が形成されている請求項１から５のいずれかに記載の燃焼バーナ。
  7. 　火炉と、
    　該火炉に設けられた請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃焼バーナと、
    　前記火炉の下流側に設けられた煙道と、
    　該煙道に設けられた熱交換器と、
    を有するボイラ。
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